高中生物学中的“矛盾”说

梁愈

摘 要 通过揭示高中生物学中的矛盾现象，使学生对生命运动过程的认识树立整体的观点、全面的观点。

关键词 高中生物学 生物学教学 矛盾

中图分类号 Q-49 文献标识码 E

毛泽东同志曾经说过：“一切过程中矛盾着的各方面，本来是互相排斥、互相斗争、互相对立的。世界上一切事物的过程里和人们的思想里，无一例外。”高中生物学知识体系中也存在着诸多矛盾体，在生命活动过程中，通过这些矛盾体间的斗争最终实现整合统一，使生命活动得以有序进行。

1 既促进又抑制

生长素对植物的生长作用具有双重影响。这就是一定浓度的生长素可促进植物生长，达到一定浓度又会抑制植物生长。从生长素的促进方面看，表现为增加雌花、单性结实、子房壁生长、细胞分裂、维管束分化、叶片扩大、茎伸长、叶片脱落、形成层活性、伤口愈合、不定根形成、种子发育、形成侧根及根瘤、种子和果实的生长、座果以及顶端优势。生长素在抑制方面表现为：花朵脱落、侧枝生长、块根形成和叶片衰老。应当说明的是，生长素对细胞伸长的促进作用与生长素的浓度、细胞年龄以及植物器官的种类有关。总的说来，生长素在低浓度时可促进生长，浓度较高则抑制生长，如果浓度再高则会使植物受伤。除生长素外，脱落酸对植物的生命活动也具有二重性：在促进方面表现为：叶、花和果实的脱落，气孔的关闭，侧芽、块茎的休眠，叶片衰老，光合产物向种子运输，果实成熟；在抑制方面表现为种子发芽，生长素运输和植株的生长。

2 既加速又减速

酶是生物催化剂，一般认为酶能加快生化反应的速度，但在微生物细胞的代谢中，酶却有降低化学反应速度甚至使化学反应停止的功能。比如在酶活力的调节过程就能说明这一点。酶活力是通过激活或抑制来进行的，酶活力的抑制主要表现为产物抑制，它发生在酶促反应的产物没有被后面的反应消耗掉时。抑制大多数属于反馈抑制。反馈抑制是指生物合成途径的终产物反过来对该途径中第一个酶（即调节酶）活力的抑制作用。当细胞内氨基酸或核苷酸等终产物过量积累时，积累的终产物就会直接抑制该途径中第一个酶的活力，使整个合成过程减慢或停止。这样可避免不必要的养料和能量浪费。如在苏氨酸合成异亮氨酸的途径中，异亮氨酸合成过多，就会抑制该合成途径中的第一个酶——苏氨酸脱氢酶。这是一个最简单的直线式生物化学途径的反馈抑制。当然，反馈抑制大多数为分支式的，其情况也错综复杂。比如，天冬氨酸族的氨基酸合成受同工酶反馈抑制和协调反馈抑制，谷氨酰胺合成受积累反馈抑制调节，核苷酸合成受合作反馈抑制调节，芳香族氨基酸合成受顺序反馈抑制调节等。通过种反馈抑制作用，使酶的活力减低从而导致生化反应减慢甚至停止。

3 既传导兴奋又抑制兴奋

神经细胞的特点是当受到刺激时，既能产生兴奋又能传导兴奋。神经细胞受到刺激时，被刺激部位的细胞膜处于内正外负的反极化状态时，邻近未受刺激部位的细胞膜仍处于外正内负的极化状态，这样在两者之间便产生了电位差，由此形成了局部电流。该局部电流又会刺激未去极化的细胞膜使之去极化，又形成动作电位，照此，连续的局部电流向前传导，将动作电位传播出去，一直传到神经末梢。神经末梢内有许多突触小泡，每一个突触小泡中含有一定数量的化学递质，这些递质中既有兴奋性递质也有抑制性递质。当突触小泡中的兴奋性递质释放到突触间隙中，并扩散到突触后膜，递质便与突触后膜上相应的受体结合。改变突触后膜对离子的通透性，引起突触后膜的去极化，形成一个小电位。如果是抑制性递质，则递质与突触后膜上的受体结合后，使后膜的极化作用加大即出现了超极化状态。这样就使得第二个神经元更不容易发放神经冲动，而阻止了神经冲动的传导。

4 既剪切又连接

真核细胞的基因中含有内含子，基因转录过程中形成的mRNA是全部转录，新合成的RNA称初级转录物。初级转录物包含着目的基因序列，这里分散着一些非基因的区域，因此，初级转录物比成熟的RNA长。真核细胞的mRNA和tRNA以及细菌tRNA的初级转录物都需要进一步地加工，才能形成成熟的RNA。目前为止，人们发现的内含子剪接有四种类型，其中Ⅰ型和Ⅱ型两种内含子可自我剪接。第三种类型的内含子主要出现在核内mRNA初级转录物中，需要一些蛋白质的参与，通过RNA-蛋白质相互作用来实施剪接。第四种类型的内含子在tRNA分子中，剪接时需要ATP以及内切核酸酶。

5 既吸收又外排

细胞的胞吞有两种类型：一是细胞对有害物质的吞噬作用；另一种是通过质膜受体介导的对细胞外营养物质的内吞。吞噬又称胞饮作用，是指细胞吞入较大颗粒物质。如微生物或大的细胞残片，直径一般在250 nm。吞噬作用仅限于几种特殊的细胞类型，如变形虫及单细胞原核生物吸收营养的状况。吞饮又称胞饮作用，是一种非选择性的连续摄取细胞外基质中液滴的内吞过程。所形成的小囊泡直径小于150 nm。胞饮又分为两种类型：液相内吞和吸附内吞。前者无特异性，后者有一定的特异性。细胞除了吞外还可以吐。其实质是将细胞分泌的化学物质排出细胞外。细胞分泌的化学物质包括酶类、激素、神经递质、局部介质、血清蛋白、抗体以及细胞外基质成分，也包括植物细胞壁的成分。细胞的分泌也有两种类型：一种是分泌的物质为细胞所用；另一种是通过与质膜的融合进入细胞膜或运输到细胞外。分泌过程涉及到内质网、高尔基体和细胞膜。这三个部门相当三个关卡，严格控制着产品的质量。内质网相当于生产基地，高尔基体相当于产品的精深加工和质量检测分配部门，质膜相当于海关。对于组成型的化学物质的分泌途径是：运输小泡持续不断地从高尔基体运输到细胞膜，并立即进行膜的融合，将分泌小泡中的蛋白质释放到细胞外，其运输过程需要酶、生长因子、细胞外基质以及细胞质膜提供的膜整合蛋白和膜脂。

6 既分离又组合

由于基因位于染色体上，因此染色体是基因的主要载体。这就决定了基因与染色体的行为表现为一致性，在有性生殖生物进行减数分裂过程中有所体现。在第一次减数分裂的四分体时期，同源染色体进行联会，配对的一对同源染色体是一个四分体，这意味着染色体具有成对性。紧接着进入后期时，由于细胞两极的纺锤丝不断收缩变短，牵引着染色体的着丝点向着细胞的两极移动，随后细胞进行分裂，使得配对的一对同源染色体分开进入两个子细胞。这就是基因和染色体的分离性。受精作用又使得两性有性生殖细胞结合成为一个细胞，这时，基因和染色体又恢复了成对状态。

7 既缺失又重复

在染色体结构畸变时有缺失或重复现象发生。如果同源染色体中的一条染色体缺失，另一条染色体是正常的，则在同源染色体联会时，因为一条染色体缺少了一个片段，它的同源染色体在这个片段便不能配对了，因此拱起形成弧状结构。缺失影响生物个体的生活力，不致死的缺失会引起不寻常的表型效应，造成对人体有害。例如，第5染色体短臂缺失的儿童出现的耳位低下、智力表现迟钝、生活力差等一系列症状。患儿多数在生命的早期死亡。患儿最明显的特征是哭声轻，如猫叫所以称为猫叫综合症。除了正常的染色体组外，多出了一些部分染色体，这种额外的染色体部分就是重复片段。由于染色体片段重复，则位于这段染色体上的基因也就随之重复。重复的遗传学效应没有缺失那么明显，相对较缓和，如果重复过大也会影响个体的生活力甚至引起死亡。重复也产生特定的表型效应。重复在进化中有着重要意义，提供了额外的遗传物质，可能会执行新的功能。

8 既转录又反转录

最初发现的中心法则认为，遗传信息从DNA流向RNA再流向蛋白质。遗传信息从DNA流向RNA的过程称为转录。1970年，Temin和Baltimore分别发现，在肿瘤病毒中，某些RNA感染有机体后，在宿主细胞中以病毒RNA为模板合成DNA，这个DNA整合在宿主的染色体DNA上，与染色体同步复制并分配到增殖的宿主细胞中，一方面，经过转录和翻译产生毒害宿主的蛋白质，另一方面，经过转录产生子代病毒RNA。其中以病毒RNA为模板合成DNA过程中需要逆转录酶。逆转录酶实际上是依赖RNA模板来合成DNA的一种DNA聚合酶，目前已从许多高等真核生物的RNA致癌病毒中分离到这种酶。

9 既竞争又和谐

群体动物个体之间为获取有限的资源，会发生竞争产生敌对行为。动物的攻击性行为可发生在同种之间，也可以发生在不同种之间。就同种动物之间的关系而言，通过竞争可合理、充分利用资源，保障每个个体正常生活；种群密度过大，由于资源短缺，使动物个体之间的攻击性行为加剧，一些失败的个体就会扩散到新的栖居地，这就起到了调节种群密度的作用。另外，攻击性行为还有助于性选择。这是因为只有性状优良的个体才能在生存竞争中取得胜利，这样就提高了种群的遗传素质。竞争后的种群个体之间由于有着足够的生活资源，又有着遗传性状优良的配偶，在生存竞争中的胜者们却可“和平相处”，表现出和谐的一面。

10 既正向运动又负向运动

植物器官对环境的单方向刺激所引起的定向运动是向性运动，朝向刺激方向运动为正向性运动，背离刺激方向的运动为负向性运动。几乎所有的向性运动都是生长运动，是在一定的刺激下，植物的某特定部位发生了不均匀的生长引起的。植物的正向运动表现为向光性、向重力性、向水性向化性和向触性。最明显的正向性为向光性，高等植物的地上部分、胚芽鞘、子叶、茎、叶等多发生正向光弯曲生长，使叶片处于最适宜利用光能的位置。1880年，达尔文研究了向光性现象，20世纪20年代乔罗尼和温特提出了植物向光性机制，这就是乔罗尼-温特模型。20世纪70年代后，有人用生物测定和现代物理化学方法重复温特实验，生物测定的结果和温特类似，而物理化学方法得到的结果显示背光和向光两侧生长素的含量没有明显的差异。近年来的研究表明，向光素是向光性反应的光受体。已证实，拟南芥中的向光素是由PHT1、PHT2基因编码。它的突变体在低光强蓝光下，下胚轴不发生向光性反应，但在较强的蓝光下1～100 μmol/（m2·s），下胚轴发生向光性反应。向光素实际上是一种蛋白激酶，蓝光刺激向光性的活性，吸收蓝光后发生自磷酸化。这是正向性中的植物的向光性产生的机理。在负向性中，主要指植物的某些感性运动，感性运动与刺激无关，其实质是一种膨压运动少数为生长运动。

11 既升高浓度又降低浓度

这里以动物激素调节为例来加以说明。胰岛是胰腺的内分泌部，分散在胰腺腺泡之间，根据胰岛细胞颗粒的特点和所含有激素的不同，可区分出不同的内分泌细胞类型。哺乳动物中主要有四种类型：A细胞（α细胞）占总数的20%；B（β细胞）占总数的70%；D（δ细胞）占4%-5%；F（pp细胞）占1%-3%。胰岛分泌的激素包括胰岛素、胰高血糖素、生长抑素和胰多肽。对糖代谢而言，由于胰岛素能够增强骨骼肌和脂肪细胞对葡萄糖的摄取和利用，加速肝糖原和肌糖原的合成与储存，抑制肝内糖原的异生和分解，因此能够使血糖的浓度降低。而胰高血糖素则激活肝细胞内的磷酸化酶，加速肝糖原分解，促进肝脏内糖原异生，使得氨基酸加速转化为酮体，因而使血糖浓度升高。通过胰岛素和胰高血糖素之间的博弈，最终使得血液中的葡萄糖的浓度保持在正常的水平。

12 既循环流动又单向流动

12.1 循环流动

12.1.1 细胞内的分子循环

细胞内有些信息的传递呈现循环方式。高中生物学中涉及到的主要是柠檬酸循环和卡尔文碳循环。柠檬酸循环是细胞代谢的中心，属于两用代谢循环途径，它在新陈代谢过程中有起至关重要的作用。

12.1.2 血管内物质循环

人体内的血液循环途径有三种：体循环（大循环）、肺循环（小循环）和冠脉循环。体循环是血液从左心室出发将血液射向主动脉，再通过全身各级动脉，途经毛细血管网将营养物质和氧送入组织细胞。肺循环是血液从右心室射向肺动脉，在肺泡毛细血管网进行气体交换，将肺动脉流动的静脉血转变成为动脉血后进入左心房。冠脉循环是心脏的自身循环。在主动脉基部左右两侧发出的两条冠状动脉，经逐级分支深入到心肌内部，形成心肌毛细血管网，然后汇集成静脉进入右心房。三种循环三位一体相互联系。

12.1.3 生态系统的物质循环

这里讲的生态系统是指生物圈，其中物质循环具有全球性，是指物质在生态系统的生物群落和无机环境之间的反复循环流动，包括水循环、气体型循环和沉积型循环三种类型。从地位上看，水循环是基础是生态系统物质循环的中心；从循环周期上看，气体型循环是最快的，沉积型循环的速度最慢。

12.2 单向流动

生态系统中能量的流动是以有机物的形式，在食物链上是单向流动的、逐级递减的。就是说，生态系统的能量流动只能是从第一营养级流向第二营养级，再流入以后的各个营养级，不能逆向流动。这是由动物间的捕食关系决定的，狼能够捕食羊，但羊不能捕食狼。细胞内的能量供给也具有单向性。大多数生理活动的供能是由ATP来提供的，当ATP用于生命活动时，第二个高能磷酸键断裂，使ATP形成ADP，这部分用于生命活动的能量便不能再重新使ADP和Pi来合成ATP。

参考文献：

[1] 潘瑞炽，董愚德.植物生理学[M].北京：高等教育出版社，1998，2：190；207.

[2] 黄秀梨，辛明秀.微生物学[M].北京：高等教育出版社，2009，2：171.

[3] 王希成，生物化学[M].北京：清华大学出版社，2010，11：250；324-325.

[4] 王金发.细胞生物学[M].北京：科学出版社，2010，1：392；387-388.

[5] 刘祖洞.遗传学下册[M].北京：高等教育出版社，2010.11：6-7；9-10.

[6] 李惟基.遗传学[M].中国农业大学出版社，2007.7：21.

[7] 李品健.动物生物学[M].北京：科学出版社，2008.7：577.

[8] 武维华.植物生理学[M].北京：科学出版社，2012.1：375；376.

[9] 杨秀平，肖向红.动物生理学[M].北京：高等教育出版社，2010，12：310-311.

[10] 毕润成.生态学[M].北京：科学出版社，2012，7：219.